600MW超臨界機組超低排放脫硫CEMS改造研究

潘小清

福建省鴻山熱電有限責任公司

1 引言

二氧化硫、氮氧化物和煙塵是燃煤電廠的主要污染排放因子。煙氣排放連續監測系統CEMS（continuous emissions monitoring）是用于實時監測火電廠煙氣排放中的污染物指標，并及時將數據上傳到上級環保部門的設備[1]。鴻山熱電廠擁有兩臺600MW超臨界機組，為了響應國家節能減排的方針，鴻山熱電廠在2017年初對兩臺機組進行了超低排放的改造，以滿足國家環保部和能源局規定的超低排放指標，即在基準含氧量6%的情況下，煙塵、SO2和NOx分別達到10、35和50mg/m3[2]。

改造方案包括：（1）在原SCR脫硝（2+1層催化劑）的基礎上再增加一層催化劑，以提升脫硝效率；（2）吸收塔增加旋回耦合裝置，漿液噴淋層由原來的3層增加到4層，提高漿液與煙氣的混合強度，吸收塔出口除霧器由屋脊式改為管式，提升除塵除霧效果；（3）電除塵入口加裝低溫省煤器，降低煙氣流速和比電阻，對電除塵電源進行高頻電源改造，提升除塵效率。

2 脫硫CEMS設備選型和調試

根據超低排放的要求，脫硫吸收塔出口的煙氣中煙塵、SO2和NOx的濃度都已降低，為了滿足煙氣低濃度的測量需要，對脫硫進出口煙氣設備同時進行了改造。

整套脫硫CEMS系統主要包含有氣態污染物（SO2、NOx）的監測子系統、煙塵監測子系統、參數監測控制子系統、數據采集處理和控制子系統。

2.1 氣態污染物監測子系統

對脫硫出口煙氣內的氣體污染物采用直接抽取法進行測量，在取樣探頭處進行初步除塵過濾，再經由伴熱管加熱后送至系統柜內。柜內預處理單元采用滲透干燥管兩級干燥，除去樣氣中的水分，無需冷凝，改善了煙氣中SO2溶于水而對測量結果產生偏差的情況。另外柜內加裝除氨器，去除煙氣內所含的銨鹽，防止分析儀表污染。分析儀采用SIEMENS公司的ULTRAMAT23的分析儀，利用非分散紅外吸收法的原理，根據煙氣中SO2和NOx對紅外線光譜的吸收程度來測量污染物濃度，測量范圍寬，穩定可靠。

污染物監測系統采用直接抽取經預處理后導入分析儀的方式，其優點是中間轉換環節比較少，測量精度高，結構簡單，能實現一臺儀表對多個參數的測量。缺點是對伴熱管線加熱溫度要求比較高，要保持在130℃到160℃，同時為了防止取樣探頭長時間工作后堵塞，需要定時對探頭進行反吹；預處理部分對壓縮空氣要求較高，維護工作量大[3-4]。整套氣態污染物監測機柜如圖1所示。

圖1 ULTRAMAT23污染物監測機柜

2.2 煙塵監測子系統

煙塵的測量采用德國DURAG SBF800粉塵儀。SBF800粉塵儀是一款高敏感度的連續測量系統，采用抽取法，稀釋加熱，根據光的散射來測量樣氣中煙塵的濃度。成套系統配有一臺射流風機和一臺稀釋風機，取樣加熱探桿，光學測量傳感器和PLC控制單元測量時抽取的煙氣通過稀釋和加熱等預處理后送到光學傳感器處進行測量，計算輸出電流信號作為煙氣中煙塵的含量[5]。

抽取稀釋的方式測量超低排放的煙塵，優點是儀器采用散射法測量，原理簡單，安裝方便，光學傳感器對煙塵的靈敏度高，進一步提高了測量精度。缺點是受到煙塵顆粒物體積大小，位置分布，顏色等因素的影響，需要采用稱重法對儀器進行定期校驗；抽取范圍只限于靠近煙道取樣壁側附近的樣氣，不能反映整個煙道內煙塵的分布情況；光學傳感器容易臟污，需要定期清理。整套煙塵監測子系統如圖2所示。

圖2 煙塵儀監測系統圖

2.3 參數監測控制子系統

對其他主要參數的測量包括：煙氣溫度測量采用PT100熱電阻，煙氣壓力測量采用西門子型號7MF4433-1DA 02-2AB6-Z的差壓傳感器，氧量的測量采用西門子型號SCS-900的氧電池，煙氣濕度測量采用西門子型號Model 2061的濕度儀。

煙氣流量的測量采用重慶威巴提供的EMSD矩陣式多點測量裝置。該裝置將水平煙道等面積劃分出幾個區域，在這些區域里安裝多個測點，把多個測點有機地組裝在一起，最后將這些測量點的正、負壓側各引出一根總的引壓管，分別與差壓變送器的正、負端相連，測得多點的平均差壓。

煙氣流量采用矩陣式多點測量的優點是測量結果是煙道多個區域平均差壓，從而提高了測量精度；測風裝置取樣探頭處有利用流體動能清灰的防堵塞結構，同時可定時用壓縮空氣反吹；傳感器測量信號穩定、波動小，管道永久壓損小于差壓的3%。測風裝置具有良好的抗振性能，在理想直管段條件下測量誤差小于±1%。缺點是成套裝置是垂直插入水平煙道中，拆卸不方便，設備檢修時工作量大[6]。流量多點測量裝置如圖3所示。

圖3 煙氣流量計水平煙道安裝示意圖

2.4 數據采集處理和控制子系統

數據采集處理和控制系統就是將各個監測子系統所測得的污染物濃度，氧量，溫度，壓力，流速等信號進行實時采集、顯示和存儲。

數據采集裝置采用西門子S7-300系列PLC，信號通過隔離器分出一路送至DCS主控室供運行人員監盤查看；一路送省調度中心；一路通過PLC與數采儀通訊，將相關環保數據傳送給上級環保部門；另外通過網線將PLC內數據送至上位機PC顯示和存儲，上位機PC采用西門子軟件PAS-DAS-V1．0進行組態開發，對數據進行存儲，實時顯示或可查詢歷史曲線，根據有關的標準和方法，對測得的參數進行篩選計算，最終能以報表格式自動生成日報表，月報表及年報表。上位機顯示界面如圖4所示。

圖4 數據采集系統上位機顯示界面

3 運行情況及故障分析

3.1 CEMS參比法試驗

二號機組脫硫CEMS超低排放改造后，于2017年3月28日由第三方對煙氣進行比對試驗。參比法測SO2、NOx及O2采用武漢天虹TH-990FⅡ型便攜式有害氣體測試裝置。煙氣流速和煙塵的測量采用TH-880Ⅶ型微電腦皮托管式平行采樣儀，并用稱重法得出煙塵含量。在滿負荷情況下，二號機組脫硫出口煙氣對比試驗結果如表1所示。

表1 二號機組脫硫出口煙氣對比試驗結果

從參比法試驗結果可以看出，鴻山熱電廠二號機組脫硫出口煙氣排放指標通過參比法計算出的SO2、NOx和煙塵的絕對誤差分別為 -0．7μmol/mol、-1．9μmol/mol和 -0．5mg/m3，已經滿足HJ／T 75-2007《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》中規定的對應絕對值誤差要求。

3.2 CEMS維護和故障防患措施

超低排放改造后系統投運中主要存在的問題以及應有的防范措施：

（1）煙氣監測機柜預處理采用滲透干燥管除濕，需有一路壓縮空氣調節滲透干燥管內負壓，對壓縮空氣要求較高。由于廠內的壓縮空氣中油/水分較多，對滲透干燥管壽命有一定影響。解決的方法就是在壓縮空氣入口處加油水分離器進行過濾。

（2）因工況的因素，柜內除氨器時間一長會出現銨鹽結晶體堵塞現象。同樣的情況也出現在煙塵儀取樣探桿處。解決辦法是調整噴氨投自動PID參數，讓脫硝氨液反應更充分，另外加強設備巡檢和定期對易堵管路進行疏通。

（3）出口煙塵儀由于傳感器臟污報故障，需要定期對傳感器鏡片進行擦拭，加強監盤和巡檢，保證故障出現后及時處理。

（4）做好巡檢、監盤、定期校驗記錄，對設備運行狀態進行分析，做好事故預想。

4 結語

對燃煤電廠來說，超低排放改造不僅是按照國家節能減排的要求去改善日益嚴峻的環境污染問題，也是國有企業切實履行社會責任的應有體現。鴻山熱電廠兩臺機組超低排放完成至今，脫硫系統CEMS設備運行良好，系統自動化程度高，滿足了生產需要，也達到了環保相關標準規定。通過改造期間設備選型和原理分析，以及設備投運后的維護經驗總結，可為其他企業在超低排放改造中提供參考。

參考文獻：

[1]HJ/T76-2007固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法[S]．

[2]煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)[Z]．2014-09-12．

[3]張濤，周依玲．熱電部鍋爐脫硫塔CEMS改造[J]．科技創新導報，2012(3):22-23．

[4]劉琦．煙氣在線連續監測系統維護與故障分析[J]．中國儀器儀表，2007(3):83-86．

[5]杜拉格粉塵儀SBF800中文操作手冊[Z]．

[6]ESMD矩陣流量計使用說明書[Z]．